martes, 4 de junio de 2013

Características y Funciones de un Lubricante

En el post anterior desarrollaba conceptos para que nos ayuden a comprender los fenómenos de la fricción, desgaste y cómo tratar de disminuirlos aplicando el lubricante en el lugar requerido, en la cantidad correcta y en el momento preciso.

En él, me refería al concepto Nº 1 Tribología, hoy me quiero referir al Nº 2 Características y Funciones de un Lubricante

Los 5 conceptos serían:

1) Tribología

2) Características y Funciones de un Lubricante 

3) Lubricación Hidrodinámica (fricción deslizante)

4) Lubricación Elasto-Hidrodinámica (fricción de rodado)

5) Lubricación de Película Mixta

2) Características y Funciones de un Lubricante

La función principal de un lubricante es la separación de dos superficies con deslizamiento relativo entre sí, de tal manera de aminorar el desgaste y las pérdidas de energía; se intenta con ello que el proceso de deslizamiento sea con el rozamiento más pequeño posible. 

Para conseguir esto se intenta, siempre que sea posible, que haya una película de lubricante de espesor suficiente entre las dos superficies en contacto para evitar el desgaste. 

El lubricante ejerce, además, otras funciones: 

Proteger las superficies de metal contra herrumbre y corrosión.

Al formar una capa protectora sobre la superficie de los componentes, los lubricantes proporcionan protección contra la herrumbre y la corrosión.

Controlar la temperatura y actuar como agente de transferencia de calor.

Los lubricantes fluidos absorben el calor en el punto en que este se genera, de tal forma que pueda disiparse naturalmente o ser removido por un intercambiador de calor u otro sistema de enfriamiento.

Enjuagar y arrastrar los contaminantes.

Los lubricantes fluidos recogen los contaminantes y los transportan al tanque o depósito, en donde pueden asentarse por gravedad o los conducen a un filtro o separador en donde son removidos.

Transmitir potencia hidráulica.

En sistemas hidráulicos, el fluido es el medio por el cual la energía se transmite para hacer actuar los cilindros, válvulas, motores etc.
Absorber o amortiguar golpes.

Formar sellos.

 
 
Tipos de lubricantes
 
Hay tres categorías principales de lubricantes:
 
Lubricantes Fluidos: Se puede considerar cualquier tipo de fluido tal como el agua, el aceite vegetal, animal y mineral, etc. El más utilizado en la actualidad es el aceite mineral que está constituido por una base lubricante (aceite de petróleo) y aditivos.
 
Lubricantes Semisólidos: Son compuestos que por su consistencia permiten que la película lubricante permanezca durante más tiempo en la superficie (Ej.: grasas).
 
Lubricantes Sólidos: Estos dan origen a películas lubricantes que reaccionan químicamente con la superficie, tales como el grafito, y originan coeficientes de fricción muy bajos.
 
Teniendo en cuenta su uso deberá tener diferentes características.
 
Así, mientras los aceites para motores, sometidos a grandes variaciones térmicas de precisan un elevado índice de viscosidad, es decir, una viscosidad poco sensible a la temperatura y unas buenas propiedades antioxidantes y de detergencia, los aceites para engranajes, que han de resistir grandes cargas, requieren de unas características particulares de «extrema presión» (EP) y los aceites para turbinas de vapor, una elevada estabilidad, un buen poder antiherrumbre y unas buenas características de desemulsibilidad.
 
De todas maneras, lo que nos interesa a nosotros es mejorar el rendimiento, reducir el consumo, y alargar la vida de los componentes de los mecanismos que dependen de lubricación.
 
Estructura Básica de los Lubricantes
 
Los aceites lubricantes están compuestos por:
 
Una base lubricante + aditivos
 
Sea el tipo de lubricante que sea, siempre se empieza con la "base", que es el componente más importante del aceite. Puede ser derivada del petróleo, sintética ó vegetal. La utilización de uno u otro tipo de base lubricante depende de las condiciones de operación del equipo o máquina.
 
Define su viscosidad y le da propiedades físico-químicas importantes al aceite, como las de demulsibilidad, antidesgaste, antiespumante, antioxidante, índice de viscosidad, biodegradabilidad y toxicidad entre otras.


La base lubricante

La base se prepara con un proceso de refinado. El refinado es una especie de destilación de elementos componentes de la materia prima que son evaporados a distintas temperaturas y condensados en distintos receptáculos.
 
Todos los lubricantes base, eventualmente se oxidan y se degradan, por esta razón, una vez obteniendo el lubricante básico, se le agregan aditivos antioxidantes y anticorrosivos, que son absolutamente necesarios para brindar resistencia a la corrosión a los metales,  con los que el lubricante va a estar en contacto y resistencia a la oxidación para el lubricante mismo. 
 
La mayoría de los aceites base derivan del petróleo crudo y que puede ser de tres tipos diferentes: nafténicos, parafínicos y aromáticos.
 
El crudo más típico es el crudo nafténico. Es fácil de destilar y refinar, y produce buen rendimiento por litro de petróleo. La mayoría de los lubricantes refinados actualmente son de este origen.
 
El crudo parafínico produce los mejores lubricantes derivados del petróleo.
 
La parafina no es lo que hace que el aceite sea mejor, incluso la parafina es extraída durante el refinado. 
 
El aceite refinado proveniente del crudo parafínico posee una estructura molecular de cadenas largas que hace al aceite más difícil de "romper". Las cadenas largas proveen además, más lugares en la cadena para agregar aditivos.
 
Hay que tener en cuenta que no siempre las cadenas largas son ideales para todos los usos. Por ejemplo, en el caso de lubricantes para equipos refrigerantes es preferible usar el aceite de origen nafténico ya que circula mejor a bajas temperaturas.
 
El crudo aromático no se usa casi para lubricantes.
 
Los Aditivos

Son componentes químicos que se le adicionan a la base lubricante con el fin de mejorarle una o más propiedades o de darle otras nuevas. Podemos pensar los aditivos como el material de sacrificio en el aceite lubricante.
 
Características de los aditivos
 
Las más importantes son:
 
a) Disminuir la velocidad a la cual ocurren determinadas reacciones, como por ejemplo la oxidación que resulta indeseable en el aceite durante su período de servicio.
b) Mejorar la estabilidad de la película lubricante garantizando que cambia menos con las variaciones en la temperatura de operación.
c) Proteger las superficies lubricadas de la agresión de ciertos contaminantes como el agua, ácidos, etc.
d) Mejorar las propiedades físico-químicas del aceite o proporcionarle otras nuevas.
 
Desde principios de siglo pasado, con la necesidad de las distintas industrias del diseño de nuevas maquinarias, para su utilización en nuevos procesos industriales que involucraban altas cargas, bajas velocidades y temperaturas extremas se llegó a la conclusión que las bases lubricantes utilizadas hasta entonces como aceites lubricantes, no tenían las características y propiedades suficientes para proteger adecuadamente los mecanismos de dichas máquinas.
 
Era necesario por lo tanto agregarle a estas bases lubricantes otros componentes que les mejoraran las propiedades que ya tenían o les dieran otras nuevas que se requerían.
 
Solo a partir de 1922 estas ideas teóricas se llevaron a la práctica ya que hasta ese momento  no se habían logrado resultados  satisfactorios y era difícil producirlos. A estas sustancias se les dio el nombre de aditivos.
 
Los primeros aditivos fueron del tipo anti-desgaste y diez años más tarde se empezaron a utilizar los aditivos detergentes-dispersantes en los aceites para automóviles, pero aun estaban muy lejos de garantizar un buen nivel de limpieza en los mecanismos lubricados.
 
Fue después de 1945 cuando la industria química logró grandes desarrollos en el campo de los aditivos y se empezaron a producir lubricantes minerales aditivados con buenos niveles de funcionamiento.
 
Debido a los nuevos diseños y operación de las máquinas modernas ha surgido la necesidad de formular lubricantes de óptima calidad que sean capaces de mantener sus propiedades bajo cualquier tipo de situación.
 
Hoy en día, todos los tipos de aceites contienen al menos un aditivo y en general utilizan varios tipos diferentes de ellos.
 
El porcentaje por volumen de aditivos utilizados en un aceite varía entre el 0,1 %, en aceites utilizados en transformadores, hasta el 30% en aceites para uso de motores. Son de excelente calidad y se utilizan tanto en la formulación y fabricación de aceites minerales como en los sintéticos y vegetales.
 
Mientras los aditivos realicen su función, la base lubricante no se deteriora si no se contamina, pero una vez que estos se agotan, la base lubricante inicia su proceso de degradación más o menos acelerado iniciándose el proceso que se conoce como oxidación del aceite, en el cual se forman lacas, barnices y gomas ácidas, que conllevan a que finalmente el aceite se torne ácido y sea necesario cambiarlo.
 
Los aditivos pueden ser de diferentes tipos dependiendo de lo que se quiera mejorar en el aceite base. Cada uno de ellos puede mejorar o darle nuevas propiedades como las antidesgaste, antiespumantes, antiemulsionantes, Extrema Presión, mejoradores del índice de viscosidad, detergentes-dispersantes, etc.
 
Debemos tener en cuenta que un aceite base de baja calidad se va a degradar mucho más rápido que un lubricante hecho con los mismos aditivos pero con una mejor materia prima.
 
A su vez, una buena materia prima combinada con aditivos de baja calidad va a producir un lubricante que no posee todo su "potencial".
 

Norberto Sánchez


martes, 28 de mayo de 2013

Los 5 conceptos Importantes que deberías Saber sobre la Lubricación de Máquinas y Motores. (I)

En este corto Post no pretendo desarrollar todas las teorías de lubricación que se estudian en las diferentes carreras de Ingeniería y que se tienen en cuenta en el diseño de máquinas y motores, sino tratar de aclarar algunos conceptos que nos ayuden a las personas que nos dedicamos a conducirlas o mantenerlas, a comprender los fenómenos de la fricción, desgaste y cómo tratar de disminuirlos, aplicando el lubricante en el lugar requerido, en la cantidad correcta y en el momento preciso.

Los 5 conceptos serían:

1) Tribología

2) Características y Funciones de un Lubricante 

3) Lubricación Hidrodinámica (fricción deslizante)

4) Lubricación Elasto-Hidrodinámica (fricción de rodado)

5) Lubricación de Película Mixta 

1) Tribología: Sus Fundamentos y cómo utilizarla en mantenimiento de máquinas y motores.

Un poco de historia

Cuando escuchamos la palabra Tribología podría parecer algo nuevo, pero solamente el término como tal lo es, ya que el interés en temas relacionados con  la disminución de la fricción o el desgaste entre dos partes en movimiento relativo existe  desde siempre.

Antes del nacimiento de la Tribología como ciencia no se trataba la disminución de la fricción y el desgaste como una práctica cotidiana y estos fenómenos los pensábamos en términos de “Lubricación” o “Ingeniería de Lubricación”.

El uso de la rueda desde el 3500 A.C., nos da cuenta del interés por reducir la fricción en movimientos de traslación. Los egipcios utilizaban agua o grasa animal como lubricante en el transporte de grandes bloques de piedra para la construcción de monumentos y pirámides lo que demuestra el conocimiento que tenían de la fricción y los lubricantes.

Leonardo Da Vinci fue el primero que postuló un acercamiento a la fricción deduciendo las leyes que gobernaban el movimiento de un bloque rectangular deslizándose sobre una superficie plana, aunque sus escritos no fueron publicados hasta cientos de años después de sus descubrimientos. También, fue el primero en introducir el concepto del coeficiente de fricción.

Fue el físico francés Guillaume Amontons  quien en 1699 redescubrió las leyes de la fricción al estudiar el deslizamiento entre dos superficies planas.

Newton, Coulomb, Hooke también aportaron conocimientos importantes para el desarrollo de esta ciencia.

Al surgir la Revolución Industrial el desarrollo tecnológico de la maquinaria para producción avanzó rápidamente. El uso de la potencia del vapor permitió nuevas técnicas de manufactura. En los inicios del siglo XX el conocimiento de todas las áreas de la tribología se expandió rápidamente.

A los investigadores de las ciencias de la ingeniería de comienzos del siglo XX les era muy difícil analizar la fricción como un fenómeno independiente de otros íntimamente relacionados con ella, como el desgaste y la lubricación, por lo que formaron la palabra Tribología a partir de dos raíces griegas tribos, que significa frotamiento o rozamiento y logía que viene a ser ciencia, por tanto la traducción literal sería “la ciencia del frotamiento”.  

La palabra Tribología apareció por primera vez a comienzos de los años 60's en el diccionario de la Universidad de Oxford; sin embargo, aún hoy para muchas personas es difícil acostumbrarse a esta palabra y aún mucho más poner en práctica sus principios fundamentales.

Cómo podríamos definirla

Se considera una ciencia interdisciplinaria que estudia los fenómenos relacionados con el transporte de carga a través de dos superficies en movimiento relativo donde se produce fricción, generando calor, pérdidas de energía y desgaste, y para contrarrestarlos se acude al uso de lubricantes.

Conjuga toda una serie de elementos importantes en el diseño, fabricación y operación de las máquinas y nos brinda herramientas que permiten seleccionar el sistema de lubricación y las características que debe poseer el lubricante para proteger en forma adecuada un equipo o elemento mecánico, teniendo en cuenta las condiciones de trabajo a que van a estar sometidas (velocidades, cargas, temperaturas, potencias, medio ambiente) y los tipos de materiales y superficies que van a estar en contacto.

Se centra en el estudio de tres fenómenos: 
        a)  La fricción entre dos cuerpos en movimiento
b)  El desgaste como efecto natural de este fenómeno
c)  La lubricación como un medio para evitar el desgaste 

La mayoría de las consecuencias de la fricción y el desgaste se consideran negativas, tales como el consumo de energía y la causa de las fallas mecánicas, sin embargo también existen beneficios fundamentales de la fricción y el desgaste. La interacción de los neumáticos y el piso por ejemplo o el zapato y el suelo, sin los cuales trasladarse sería imposible.

 La Tribología es quizás la ciencia de mayor trascendencia en la actualidad y lo será aún más en el futuro en la medida en que el hombre necesite ser más productivo.
 
La Tribología como una herramienta práctica
 
Los pioneros mundialmente reconocidos en utilizar con fines técnico-económicos los conceptos de la Tribología, fueron los ingleses, quienes diseñaron un plan de trabajo basado en el estudio de la fricción para reducir el desgaste y el consumo de energía en las máquinas, especialmente en el sector automotriz, por ser el de mayor incidencia sobre un alto porcentaje de la población.
 
De ahí en adelante como resultado de los grandes beneficios económicos obtenidos, la Tribología se empezó a utilizar para incrementar la productividad de los procesos industriales, lo cual trajo consigo una considerable reducción en los costos de mantenimiento, consumo de energía por fricción y materias primas.

Hoy, la conservación y mantenimiento de los equipos no se puede reducir al simple ejercicio de "aplicar un lubricante"; por el contrario, la eficiencia y la competitividad se basan en la mejora de los procesos y servicios, y el proceso de lubricación, por ser el que suministra la sangre vital para el funcionamiento de los equipos, merece la máxima atención.

La necesidad de utilizar la Tribología como una herramienta verdaderamente productiva se observa en aquellos casos en los cuales se pierden grandes capitales por efecto de la fricción, el desgaste y la lubricación incorrecta.

También como una forma ineludible de hacer Mantenimiento Proactivo en equipos y maquinarias.
 
Norberto Sánchez

miércoles, 22 de mayo de 2013

Consumo de aceite en Motores Diesel

¿Los motores consumen aceite? La respuesta es sí. Un cierto valor mínimo de consumo es necesario en todos los motores. El aceite lubrica los aros de pistón, los asientos y guías de válvulas, luego pasa a la cámara de combustión después de cumplir su función y se quema.

Una minoría de los problemas de consumo es debido a las características del aceite, como puede ser grado SAE de viscosidad demasiado bajo, alta volatilidad o el aceite contaminado.  

Los mayores  problemas son de naturaleza mecánica. A medida que el motor funciona y se desgasta aceptamos que éste aumenta, pero un consumo elevado con pocas horas de trabajo puede ser frustrante.  

El consumo es un parámetro más que debe controlarse o monitorearse como la presión de aceite, la temperatura del refrigerante, la presión de gases en el cárter, etc. 

Dejar que un motor funcione con un consumo elevado sin buscar las causas puede resultar en una corta vida y/o falla del mismo.  

¿Cuáles son los valores considerados normales o aceptables?
No hay una respuesta simple para esta pregunta. La respuesta debe darse en función del valor que el fabricante establece para este parámetro.
Muchos factores pueden contribuir al consumo de aceite:
Motivos del consumo y pérdida de aceite
 
Nivel demasiado alto de aceite en el cárter: En esas condiciones se producirá más batido de lo normal en el cárter, por lo que se lanzará demasiado aceite hacia las camisas de cilindros. Los pistones y los aros rasca-aceite, que están diseñados para controlar una cantidad normal o un aumento razonable del aceite, quedan superados al punto que algo de aceite escapa del laberinto de aros de pistón y pasa a la cámara de combustión, donde se quema. Así se produce un alto consumo de aceite.
 
Pérdidas por: tuberías de aceite, tapón del cárter, junta del cárter, junta de la tapa de válvulas o culata, junta de la bomba de aceite, junta de la bomba de combustible, junta de la tapa de distribución, retén de los cojinetes del árbol de levas, retenes de cigüeñal etc.
 
Admisión de aire Restringida: Una excesiva restricción en el sistema de admisión de aire aumentará el vacío y podrá aumentar el consumo de aceite (en forma similar al caso de las válvulas de admisión mal sincronizadas)- Un filtro de aire muy tapado es el mejor ejemplo de esta situación.
 
Dilución por combustible: Si el combustible no quemado ingresa al sistema de lubricación, el aceite perderá viscosidad y se tornará más volátil. Ambos efectos conducen a un aumento del consumo de aceite. El exceso de combustible se da por un inyector con fugas, un problema en la bomba de combustible, excesivo ralentí (marcha en vacío) o el sistema de admisión de aire restringido.

En la tabla siguiente podemos ver algunas de las Causas Más Frecuentes Del Alto Consumo De Aceite:
 

 Norberto Sánchez

viernes, 10 de mayo de 2013

Barcos muy especiales: Heavy Lift Carrier

Los buques tradicionalmente llamados Lift Carrier han sido buques utilizados para el transporte de yates, pequeñas embarcaciones de recreo y de algunos artefactos de dimensiones reducidas, o al menos limitadas a los medios de izada o deslizamiento disponibles en los muelles de embarque.

Los Heavy Lift Carrier  son los únicos barcos del mundo capaces de transportar plataformas petrolíferas, bases de comunicaciones e incluso hasta grandes navíos, como submarinos o destructores. Su particular diseño les permite soportar pesos superiores al de su propia estructura. 

Están diseñados de forma que pueden variar su calado, mediante el llenado de sus tanques de lastre, dentro de unos márgenes de hasta 16 metros. 

Manteniendo la estabilidad en todo momento, pueden cargar sobre sus cubiertas todo lo que se encuentre flotando sobre ellas. Para ello disponen de unos avanzados sistemas, que les permiten controlar todas las operaciones de lastrado necesarias para cambiar las condiciones del barco.

Los métodos de carga de este tipo de buques 

En primer lugar, el buque puede sumergirse y cargar sobre sus cubiertas todo tipo de mercancías flotantes (Flo-Flo); en segundo lugar puede embarcar carga rodada, estando atracado en un muelle y regulando su calado hasta dejar la cubierta al nivel del muelle (Ro-Ro); y por último las cargas pueden ser deslizadas sobre unos raíles de tierra hacia la cubierta (skidd on).

Cuando la carga es deslizada o rodada sobre sus cubiertas, es cuando no requieren la presencia de las torretas estabilizadoras en popa, por lo que pueden trabajar sin ellas y transportar cargas mayores. 

 
El rango de estas cargas varía desde los pequeños yates de 10 Tons hasta las gigantes y ultra-pesadas plataformas de 75.000 Tons que integran completamente la perforación y la producción.
 
Para este particular transporte han diseñado los buques de cubierta abierta (Open-Deck Vessel) una especialización de los semi-sumergibles clásicos.
 
Dockwise es la empresa líder en transporte pesado (Heavy Transport Shipping). Su campo de actividades abarca el diseño, la ingeniería, la planificación y la logística necesarias para asegurar la recogida y el transporte y entrega de este tipo de carga.
 
Uno de sus barcos, el MV Blue Marlin transportó, en el año 2004 la mayor plataforma petrolífera del mundo, la "Thunder Horse" desde Corea del Sur hasta su destino en el Golfo de México. Durante más de 15.000 kilómetros, el carguero fue capaz de transportar sin problemas una estructura de 60.000 toneladas de peso, una carga que batía todos los récords conocidos hasta ese momento.
 
MV-Blue-Marlin 
 
En noviembre de 2005, el Blue Marlin transportó desde Corpus Christi, Texas, el Sea-based X-band Radar a la isla Adak, Alaska.
Dockwise-Vanguard
 
El último barco incorporado por Dockwise es el “Dockwise Vanguard”.

En la actualidad, el Dockwise Vanguard es el heavy lift que más tonelaje podrá transportar.

El buque, construido en los astilleros coreanos de Hyundai Heavy Industries,  tiene una eslora total de 275 metros, una manga de 70 metros y 117.000 toneladas de peso muerto. Tiene un área de cubierta de aproximadamente 275 x 70 m2.

Una vez lastrado, el buque alcanza un calado de 31,50 metros, aunque en navegación, el calado máximo es de 10,99 metros y una velocidad de 14,5 nudos.

Dockwise-Vanguard
La planta propulsora del buque es de tipo Diesel Eléctrica de 27 MW y ha sido instalada por Wärtsilä, dotando al buque flexibilidad de operación como requisito principal. El buque cuenta con dos propulsores acimutales retráctiles, dos hélices de paso variable y una hélice de proa. 
 
La planta eléctrica cuenta con dos generadores diesel de 6 cilindros en línea capaces de entregar 4.350 kW, dos generadores diesel de 12 cilindros en V con capacidad para entregar 8.700 kW y un generador diesel con capacidad para entregar 1.200 kW
 
En su primer viaje, el buque transportó, desde los astilleros coreanos de SHI, la plataforma semisumergible Jack / St Malo propiedad de Chevron Corporation hasta un campo petrolífero off-shore del golfo de Méjico que tiene el mismo nombre. 
 
Tras finalizar este viaje, el buque regreso a Corea del Sur, esta vez para transportar el FPSO Goliat (Floating Production Storage and Offloading) hasta el Mar de Barents en Noruega para llevar a cabo un proyecto de la petrolera BP.

En los dos videos podemos apreciar la construcción y la forma de operar de estos buques:

   


 

Norberto Sánchez

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